Фланцы: соединительные элементы трубопроводов¶
Фланец — плоская дисковая деталь с отверстиями для болтов, применяемая для разъёмного соединения трубопроводов, трубопроводной арматуры, насосов, компрессоров, теплообменников и других элементов трубопроводных систем. Фланцевое соединение обеспечивает герметичность и допускает быструю разборку узла без резки труб.
¶Назначение и принцип работы
Фланцы надеваются на концы соединяемых труб (или привариваются к ним) и стягиваются болтами через прокладку, которая деформируется под нагрузкой и заполняет неровности сопрягаемых поверхностей, обеспечивая герметичность. Основные функции фланцев:
- разъёмное соединение элементов трубопровода;
- обеспечение герметичности стыка;
- возможность демонтажа и повторной сборки без повреждения элементов;
- центровка и взаимная фиксация соединяемых деталей.
Фланцевые соединения применяются там, где требуется периодический доступ к внутренней полости трубопровода (для очистки, ревизии, замены арматуры), а также на магистралях с высоким давлением и температурой.
¶Классификация
¶По способу присоединения к трубе
| Тип | Описание |
|---|---|
| Отбортовочный (отбортованный) | Фланец насаживается на трубу с отбортовкой (расширением) её конца, стягивается болтами. Применяется для труб из нержавеющей стали и цветных металлов малых диаметров. |
| Свободно приварной (скользящий) | Фланец свободно надет на трубу и приваривается к ней встык. Позволяет поворачивать фланец при сборке, что упрощает совмещение отверстий. |
| Поворотно-приварной | Фланец приваривается к трубе встык и не может вращаться после сварки. |
| Приварной встык | Фланец приваривается непосредственно к торцу трубы швом по всей площади сопряжения. Применяется при высоких давлениях и температурах. |
| Приварной на пластине | Пластина с отверстиями приваривается к трубе, фланец свободно надевается на шпильки. |
| Литой | Изготавливается совместно с арматурой, насосом или другим оборудованием. |
¶По форме
- Круглые — наиболее распространённые, применяются для трубопроводов общего назначения.
- Квадратные и прямоугольные — используются для вентиляционных каналов и воздуховодов.
- Овальные — применяются для присоединения котлов и коллекторов.
¶По типу поверхности сопряжения
- Гладкие — соприкасаются с мягкой прокладкой (паронит, резина, фторопласт).
- С выступом и впадиной (выступ-впадина) — центровка по выступу, прокладка сжимается в кольцевой канавке.
- С выступом и пазом — центровочное кольцо в виде паза.
- Шип-паз — аналогичный принцип, но с прямоугольным профилем.
- С выступом и впадиной под прокладку типа «Овалон» — для высоких давлений.
¶Материалы и стандарты
Фланцы изготавливают из углеродистой и нержавеющей стали, чугуна, алюминия, латуни, а также из полимеров (ПВХ, полипропилен, полиэтилен) для трубопроводов химически агрессивных сред.
В России основной стандарт — ГОСТ 33259-2015 «Фланцы трубопроводов для давлений от 0,1 до 20 МПа», который заменил ряд отраслевых ГОСТов (ГОСТ 12815-80, ГОСТ 12820-80, ГОСТ 12821-80 и др.). Стандарт устанавливает типоразмерный ряд, классы давления (PN от 0,1 до 20 МПа), материалы и конструктивные параметры.
Также применяются международные стандарты: DIN 2633 (европейский), ANSI/ASME B16.5 (американский), GOST в сочетании с DIN на российских предприятиях, работающих по европейским технологиям.
¶Основные размеры и параметры
Ключевые параметры фланца:
- номинальный диаметр DN (Ду) — условный проход, соответствующий внутреннему диаметру трубы;
- номинальное давление PN (Ду) — максимальное рабочее давление при температуре 20 °C;
- количество и диаметр болтовых отверстий — определяются по стандарту;
- наружный диаметр и толщина.
Стандартный ряд условных проходов: DN 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 600, 800, 1000, 1200 мм и выше.
¶Прокладки
Герметичность фланцевого соединения обеспечивают прокладки из:
- паронита — наиболее универсальный материал для средних условий;
- резины (натуральной, бутадиен-нитрильной, фторкаучуковой) — для водяных и химических сред;
- графита — для высоких температур и давлений;
- фторопласта (ПТФЭ) — для агрессивных сред;
- мягкой стали (спирально-навитные, сегментные) — для энергетического оборудования.
¶Применение
Фланцевые соединения распространены в:
- нефтегазовой промышленности;
- химической и нефтехимической отраслях;
- энергетике (котельные, ТЭЦ, АЭС);
- водоснабжении и канализации;
- судостроении;
- пищевой промышленности.
¶Недостатки
К ограничениям фланцевых соединений относятся: габаритность и масса (особенно на больших диаметрах), риск разболчивания под вибрацией, необходимость периодического подтягивания болтов, а также более высокая стоимость по сравнению с фитингами и сварными соединениями.
Источники:
- ГОСТ 33259-2015 «Фланцы трубопроводов для давлений от 0,1 до 20 МПа»
- ГОСТ 12815-80, ГОСТ 12820-80, ГОСТ 12821-80
- Справочник «Трубопроводная арматура: справочник» под ред. С. И. Косых
- ASME/ANSI B16.5 — Pipe Flanges and Flanged Fittings